Kiteet ovat jo pitkään olleet kiehtovimpia muotoja luonnon, taiteen ja teollisuuden maailmassa. Kun ajattelet sanaa, saatat kuvata tyylikkään juhlasali kattokruunun, pala itsesi löytämää kvartsia tai palaa suolaa.
Jopa ilman mikroskoopin käyttöä kristallimateriaalien hienomman rakenteen tutkimiseen olet todennäköisesti iskenyt eniten niiden säännöllisten kulmien ja tunteen mukaan, että he noudattavat tiukkoja sääntöjä samalla kun he ilmaisevat upean joukon muodot.
Kemiassa kide on aine, joka saa kiteisen muodon, melkein aina kiinteän aineen. Tämäntyyppisen rakenteen tunnusmerkki on toistuva eräänlainen alayksikkö, joka on yleensä atomiatuma geometrisen kuution keskusta ja eri varausta sisältävät ionit, jotka on sijoitettu kuution kulmiin tai sen keskelle sivuilla.
Yksi suosittu DIY-kristalli kemialaboratorioissa on kaikkialla maailmassa aluna. Työskentely tämän materiaalin kanssa, jonka voit helposti hankkia useimmista supermarketeista, on loistava tapa tutustua tiettyjen liuosten käyttäytymiseen ja kiteiden muodostumiseen yleensä.
Mitä ovat kiteet?
Ennen kuin pystyt täysin arvostamaan kiteitä, on hyvä ottaa askel taaksepäin ja tarkistaa, miten kemistit ja fyysikot luokittelevat aineen tilat. Aineen tilan muutos ei ole muutos aineen kemiallisessa koostumuksessa (eli sen molekyylit eivät muutu), vaan muutos aineen fysikaalisessa järjestelyssä.
Aineen kolme vakiotilaa ovat molekyylikineettisen energian lisäämisjärjestyksessä kiinteä, nestemäinen ja kaasu.
Kun molekyylit ovat kiinteän aineen muodossa, se tarkoittaa, että niiden molekyyleillä on pienempi kokonais- ja keskimääräinen kineettinen energia (KE) kuin sama määrä kyseistä ainetta tapahtuu nestemäisessä tilassa, jolla puolestaan on alhaisempi KE kuin kaasumaisessa tilassa aine.
Usein kiinteän aineen muodossa olevat molekyylit, joiden ytimillä ei ole käytännössä mitään vapautta liikkua toistensa suhteen, muodostavat säännöllisiä, toistuvia malleja, joita kutsutaan hiliksi.
Vaikka nämä pienet (käsitteelliset, ei todelliset) ristikot ulottuvat vain molekyyliin tai kahteen, niiden ominaisuudet ulottuvat suurelta osin "makro" -maailmaan. Kvartsi on tarkastuksessa melko ilmeisesti "tavallinen" eräänlainen kallio, jolla on silmille miellyttävät geometriset kulmat ja viivat; muut kiteet, joista monet ovat synteettisiä, vangitsevat, heijastavat ja taittavat valoa visuaalisesti houkuttelevilla tavoilla ja ovat suosittuja koruissa, arkkitehtuurissa ja muualla.
- Jotkut kiteet ovat nestemäisessä tilassa huoneenlämpötilassa, kuten esimerkiksi nestekidiodiodi (LCD), jota käytetään joissakin nykyaikaisissa näyttöjärjestelmissä.
Mikä on ratkaisu?
Kun kiinteä aine, jonka molekyylit koostuvat sitoutuneista ioneista (varatut atomit tai molekyylit), asetetaan nesteeseen, kiinteä aine voi olla hajonnut, ja kiinteän aineen osatekijät tai molekyylit voivat levitä tasaisesti kaikkialle nestemäinen. Tässä tapauksessa tulosta kutsutaan ratkaisuksi; kun vesi on nestettä, sitä kutsutaan vesiliuokseksi,
- Tässä yhteydessä neste on a liuotin, ja kiinteä aine on a liuenneen aineen.
Liuenneen aineen määrä, joka voidaan liuottaa tiettyyn määrään vettä tai muuta liuotinta, on, kuten odotatkin, rajallinen; monissa tapauksissa tietyn aineen liukoisuus tiettyyn liuottimeen riippuu myös lämpötilasta, jossa tämä kemiallinen reaktio tapahtuu.
Yleensä lämpötilan noustessa liukoisuus kasvaa ja lämpötilan laskiessa liukoisuus vähenee. Tämä tarkoittaa, että tietylle liuenneelle määrälle liuos voi muodostua yhdessä lämpötilassa, mutta kiinteää ainetta on läsnä alemmassa lämpötilassa.
Liuosta kutsutaan pisteessä, jossa liuenneita aineita ei enää voida liuottaa liuokseen tyydyttynytja olosuhteet kiteiden muodostumiselle ovat olemassa. Jos lisätään enemmän liuosta (tai joissakin tapauksissa, jos liuos jäähdytetään), enemmän liuenneita aineita kertyy, kun liuos on nyt ylikyllästetty. Kiteet alkavat nyt muodostua suotuisien törmäysten seurauksena yhä tiheämmässä liuoksessa olevien liuenneiden molekyylien välillä.
Alumiini: kaava, tosiasiat ja luvut
Aluna on hyödyllinen kide oppia siitä, miten nämä kiinteät aineet muodostuvat, koska alumiinikiteiden ulkonäkö ja kasvu voidaan helposti tuottaa, hallita ja havaita. Alumiini voi viitata joko aineeseen, jolla on tietty kemiallinen kaava, tai kemikaaliluokkaan, joka sisältää tämän "lippulaiva" -yhdisteen. Kemikaali, jota kutsutaan nimellä "aluna", on yleensä kaliumaluna.
Kaaliumalumin kaava on KAl (SO4)2⋅12 H2O. Tämä tarkoittaa, että kaliumalumiinisulfaattimolekyyli KAl (SO4)2, ympäröi kaksitoista vesimolekyyliä yhden yksikön muodostamiseksi kiteisestä ristikkorakenteesta. Mutta koska kaavassa oleva metalli voi olla jotain muuta kuin kaliumia, alunan kemiallisen kaavan ensimmäinen osa voi olla KCr (SO4)2, KAl (SO4)2 tai jotain muuta.
Alumin molekyylipaino (MW) on 477,4 grammaa (g). Sen sulamispiste on 93 ° C, lähellä veden kiehumispistettä 100 ° C. Tämä tarkoittaa, että se pysyy luotettavasti kiinteänä huoneenlämpötilassa, joka on normaalisti välillä 20 - 22 ° C. Se tuottaa valkoisia tai värittömiä kiteitä. Se ei liukene etyylialkoholiin, koska se on veteen ja polyhydroksyylialkoholiglyseroliin.
Alumiinikiteiden kasvaminen
Materiaalit: Alunaa löytyy useimpien supermarkettien mausteosasta. Sen lisäksi kaikki tarvitsemasi on helppo ylläpitää. Varmista, että käyttämäsi vesi on tislattua, eli "puhdasta" ja puhdasta ioneja, jotka voivat saastuttaa prosessin. Sinulla pitäisi olla käytettävissänne nämä tuotteet:
- Tislattu vesi
- Useita pieniä kulhoja tai lautasia
- Pannu kiehuvaa vettä varten
- Sekoittava lusikka
Alumiinikiteiden valmistus haihduttamalla: Edellisen materiaalin perusteella sinun pitäisi odottaa, että aluksi haluat, että olosuhteet ovat mahdollisimman suotuisat veteen lisäämäsi alunan liukenemiseen. Loppujen lopuksi, mitä nopeammin voit kyllästää ja ylikyllästää liuoksen, sitä nopeammin voit aloittaa kiteiden kasvamisen vakavasti.
Aloita keittämällä pieni määrä vettä (noin 2 neste- 4 neste-unssia tai noin 100 millilitraa riittää) ja antamalla sen sitten jäähtyä hieman. Aloita alunan lisääminen lusikalla ja sekoita varovasti lisäysten välillä, kunnes se liukenee. Jatka tekemistä näin pienissä asteissa, kunnes enää aluna ei voi liuketa. Liuos on nyt ylikyllästetty.
Kaada seuraavaksi osa vedestä varoen jättämästä liukenematonta alunaa pannun pohjalle. Anna tämän jäähtyä itsestään muutaman minuutin ajan, laita sitten pannuun jääneet astiat ja laita ne jääkaappiin.
Tämä maksimoi seoksen pinta-alan suhteessa sen tilavuuteen, mikä edistää veden nopeampaa haihtumista ja nopeutettua alumiinikiteiden kasvua.
Seuranta ja kysymyksiä tutkimusta varten: Alat nähdä kiteiden muodostuvan tunnin tai kahden sisällä, mutta ole kärsivällinen; päivän kuluttua näet todelliset kiteet, ja kahden päivän kuluessa sinulla on kristallinäyttö.
Miksi näet erikokoisia kiteitä samassa kulhossa tai kulhojen välissä? Mitkä muut olosuhteet kuin lämpötila ja konsentraatio voivat edistää alumiinimolekyylien kiinnittymistä toisiinsa? Kuvailisitko jotain näistä satunnaisiksi?